[发明专利]一种多WBAN共存网络协同组网方法

说明书

本发明提供了一种多WBAN共存网络中基于加权组簇的低能耗协同组网方法，它应用于多WBAN共存场景，主要解决可穿戴设备使用WiFi通信引起的高能耗问题。该方法基于WiFi与蓝牙相结合的基础上，引入加权组簇策略，寻找剩余能量较高、移动速度较低、距离基站较近的终端作为簇头，簇头使用蓝牙与相邻用户的设备通信，收集数据并使用WiFi与AP进行通信。在保证用户通信质量的前提下，减少设备WiFi接口不必要的能量开销，提高网络能量利用效率，延长可穿戴设备使用时间，使整个网络的具有更长的稳定通信寿命。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及可穿戴设备在多WBAN共存网络中利用WiFi和蓝牙进行协同通信以及加权组簇的技术。

背景技术

随着可穿戴技术的飞速发展，可穿戴设备已经广泛应用于医疗看护、健康监测等领域。由于可穿戴设备传感器体积小，携带的能量资源有限，如何在保证高质量用户体验的同时，延长可穿戴设备的使用时间，成为当今面临的主要挑战之一。随着当前WBAN用户数量的增加，在一定地理范围内各个用户的可穿戴设备形成多WBAN共存的网络体系，相对于孤立的WBAN网络，多WBAN共存的网络场景为能耗节省方案提供了更多的可能性。

在传统的WBAN网络中，用户携带的通信终端收集用户身上可穿戴设备产生的业务数据，通过WiFi/GSM与AP进行信息交互。例如，医疗监测WBAN中，用户穿戴的传感器将数据发送给用户携带的协调器(如手机)，协调器通过WiFi/GSM将采集到的用户身体状况发送给AP，再由医院方面接收信息并进行监控。WiFi通信具有高能耗、高速率的特点。然而在医疗看护和健康监测WBAN中，用户设备产生的业务数据量并不高，WiFi接口大部分时间处于待机状态，高昂的待机能耗大幅缩短了WBAN网络的工作寿命。

蓝牙作为一种低能耗的通信技术，已经广泛应用于手机和许多可穿戴设备，用来实现短距离内设备的信息交互。然而蓝牙通信具有低速率、短距离的局限性，不适用于高数据率，长距离通信。在WBAN中同时使用WiFi和蓝牙技术，利用蓝牙取代部分WiFi，不仅节省待机能耗，更提高能量利用效率，达到延长网络寿命的目的。

经对现有文献检索发现，T.Pering等人在《Wearable Computers,2008.ISWC2008.12th IEEE International Symposium》上发表的“SwitchR:Reducing System PowerConsumption in a Multi-Client,Multi-Radio Environment”文章中提出了一种基于蓝牙技术的低能耗可穿戴设备组网方法。该方法利用蓝牙实现设备与gateway之间的通信，蓝牙gateway收集周围节点业务数据，并利用WiFi与AP通信。当Bluetooth无法承载当前数据率时，用户设备才启用WiFi接口，减少了WiFi接口工作的时间。但是该方法要求AP同时具有WiFi和蓝牙接口，对AP端硬件设施有一定要求，且AP需要同时处理不同频段的信号，增加了AP的管理开销。

另经检索发现，Jong-WoonYoo等人在《IEEE TRANSACTIONS ON MOBILECOMPUTING,VOL.10,NO.5,APRIL 2011》上发表的“ACooperative Clustering Protocolfor Energy Saving of Mobile Devices with WLAN and Bluetooth Interfaces”文章中提出CONET方法，在用户设备间引入基于能量的组簇算法，用户设备之间通过蓝牙进行成簇，簇头节点通过蓝牙收集簇内子节点信息，并利用WiFi与AP进行通信，该方案不要求AP支持蓝牙，同时对于小范围具有一定规模的网络，能够较为有效的降低网络能耗。然而该方案并没有考虑用户的移动速度、地理位置等因素，当簇头移动速度较快，距离AP较远时，子节点出现通信失败概率较大。此外，由于蓝牙通信的短距离特性，组簇结果受到用户地理位置分布的影响，可能由于节点的线性拓扑结构导致组簇失败的问题。